BAB III
DESAIN DAN IMPLEMENTASI
3.1 Pendahuluan
Pada tugas akhir ini akan membahas bagaimana mendesain sebuah PWM
boost rectifier tipe full-bridge dengan mengacu pada prinsip dasarnya yaitu
tegangan keluaran lebih besar dari tegangan sumber. Pada implementasinyaPWM
boost rectifier menggunakan rangkaian konverter boost chopper dengan
modifikasi saklarnya menggunakan empat saklar semikonduktor. Metode penyearah denganPWM boost rectifierakan mengubah tegangan AC menjadi DC yang memiliki tegangan keluaran lebih besar dari tegangan sumber, ditambah arus sumber tetap memiliki bentuk sinusoidal meskipun adanya induktor, dioda, dan kapasitor. Pada tugas akhir ini akan merancang dan mengimplementasikan PWM boost rectifierjenisfull-bridge.
Sumber AC Induktor Konverter Satu fasa Sensor Arus
DSC (Digital Sinyal
Controller)
Driver
Load
Pada sistem memiliki alur kerja yaitu blok sensor akan mendeteksi arus sumber tegangan AC pada blok rangkaian daya. Hasil pembacaan sensor akan diterima DSC sebagai kondisi aktual. Pada blok DSC akan diproses kondisi aktual dengan nilai referensi untuk membandingkan selisih atau error, hasil komparasi antara aktual dan referensi adalah sinyal yang dikirim ke driver berupa sinyal PWM
(Pulse Width Modulation) yang digunakan untuk proses pensaklaran pada IGBT.
Selanjutnya hasil pensaklaran IGBT akan menghasilkan berupa keluaran tegangan DC pada blok beban. Serta arus sumber memiliki bentuk sinusoidal.
3.2 PerancanganPWM boost rectifier
PWM boost rectifiermerupakan penyearah dari AC ke DC yang memiliki
nilai tegangan keluaran lebih besar dari tegangan sumber. Hal tersebut mampu dilakukan dengan menerapkan konsep elektronika daya dalam membuat suatu alat. Ditambah suatu PWM boost rectifier memiliki arus sumber yang sinusoidal tidak terdistorsi oleh induktor, dioda, dan kapasitor. Sehingga penggunaan PWM
boost rectifier dapat diaplikasikan sebagai power supply perangkat elektronik.
3.3 PerancanganHardware
Pada tugas akhir ini, hardware pada alat terdiri dari beberapa blok rangkaian pendukung untuk memaksimalkan kinerjanya. Rangkaian blok tersebut terdiri dari blok catu daya, sensor arus, detektor fasa, driver, rangkaian daya, dan DSC. Pada pembahasan ini akan dibahas tentang bagaimana perancangan dan implementasihardwarepada setiap blok.
3.3.1 Perancanagan Catu Daya
Pada blok catu daya berfungsi untuk memberikan sumber daya pada blok sensor arus, detektor fasa, driver, dan DSC, karena blok–blok tersebut membutuhkan tegangan yang berbeda–beda sesuai rating dayanya sehingga
memerlukan catu daya yang saling terpisah. Pada blok ini digunakan catu daya
tipeswitchingyaitu rangkaian catu dayapush pull.
Pada keluaran push pull digunakan menyuplai tegangan yang diperlukan setiap bloknya yaitu blokdrivermembutuhkan tegangan +12 Volt lalu blok sensor arus dan detektor fasa membutuhkan tegangan sebesar +12, 0, -12 Volt sedangkan pada blok DSC membutuhkan tegangan +5 Volt. Pada rangkaian push pull terdiri dari beberapa bagian rangkaian daya, kontrol, serta regulator . Pada rangkaian daya terdiri dari MOSFET IRF 730 yang berjumlah dua, berfungsi untuk melakukan proses pensaklaran pada trafo inti ferit atau biasa disebut trafo dengan frekuensi tinggi lalu terdapat juga dioda dan induktor.
keluaran terdapat rangkaian regulator terdiri dari IC regulator 7805 dan 7812 yang berguna untuk menghasilkan keluaran 12 Volt dan 5 Volt.
Gamabar 3.2 Skema rangkaianpush pull
Pada gambar tersebutpush pullmemiliki tiga keluaran yaitu pada keluaran pertama digunakan untuk catu daya untuk sensor arus dan detektor fasa. Pada keluaran kedua digunakan untuk catu daya rangkaian DSC yaitu 5 Volt sedangkan keluaran yang ketiga digunakan untuk catu daya rangkaiandriver.
3.3.2 Perancangan Sensor Arus
dengan 1 Volt, lalu dikuatkan dengan rangkaian Op-Amp yang selanjutnya dimasukkan ke mikrontroler dalam bentuk sinyal analog.
IN +
Gambar 3.3 Skema rangkaian sensor arus
Pada rangkaian tersebut dapat dijelaskan keluaran dari HX 10P dikuatkan menggunakan Op-Amp lalu pada keluarannya diatur DC offsetmenjadi 2.5 Volt.
DC offset merupakan tegangan keluaran dari amplifier yang kemudian setelah
diatur menjadi 2.5 Volt lalu dikuatkan kembali dengan pengaturan penguatannya setiap 1 Volt mewakili 1 Ampere sehingga sinyal keluarannya bisa dibaca dan diproses oleh DSC.
3.3.3 PerancanganDriver
1
Gambar 3.4 Skema rangkaiandriverIGBT
Pada rangkaian tersebut dapat dijelaskan Optocoupler HCPL 2531 membutuhkan catu daya +12V untuk beroperasi pada pin delapan sebagai VCC dan kaki lima sebagai groundcatu daya. Denganinputsinyal positif pada pin satu dan empat, sedangkan pin dua dan tiga sebagai ground pada input sinyal. Hasil sinyal yang diterima dikeluarkan melalui pin tujuh (Vo1) dan enam (Vo2) dengan polaritas positif, sedangakn polaritas ground pada pin lima. Pada optocoupler
HCPL 2531 memiliki skema yang terpisah didalamnya. Bagian pertama terdiri dari LED yang menerima sinyal input dari kontrol sebagai transmitter. Kedua adalah sebagai receiver melalui photodiode dan dua buah transistor NPN untuk jalan masuk arus menjadioutputsinyal menuju ke rangkaiandriverIR2132. Pada rangkaian driver IR2132 sinyal tersebut akan diolah sebagai nilai high dan low
HCPL2531 dan IR2132 sangat sederhana dan juga dapat memproteksi rangkaian kontrol dari tegangan yang berlebihan dari rangkaian daya karena pada rangkaian
driverini terpisah antarainputdanoutputnya.
3.3.4 Perancangan Kontrol
Sistem kontrol pada desain yang dibuat berbasis digital dengan memakai DSC (Digital Signal Control) seri dsPIC30f4012. Kontrol terdiri dari sistem minimum dsPIC30f4012. Sistem minimum ini wajib dibuat guna memberikan nilai parameter pada dsPIC30f4012 agar mampu bekerja sesuai yang diinginkan. Itu pun tidak akan langsung digunakan karena dsPIC30f4012 harus diberi program bahasa pemrograman C. Pada pemprograman dsPIC30f4012 dilakukan melaluisoftware mikroC pro for dsPIC dan program yang sudah jadi dimasukkan menggunakandownloaderkhusus dsPIC.
Gambar 3.5 Skema rangkaianinputdanoutputDSC
Dalam rangkaian sistem minimum tersebut terdapat komponen crystal
beserta port yang digunakan. Input sinyal refrensi dari detektor fasa dimasukkan melalui port RB2 sedangkan input sinyal arus dari sensor arus melalui port RB3. Kedua inputan diproses berdasarkan algoritma perogram yang dibuat pada dsPIC30f4012.Outputan dari DSC terdapat pada port RE0 dan RE1 berupa sinyal PWM (pulse width modulation) untuk pesaklaran pada IGBT.
3.4 Algoritma Sistem
DSC dsPIC30f4012 dengan lebar data 16 bit digunakan sebagai komponen utama dalam mengontrol rangkaian daya. dsPIC30f4012 merupakan IC yang bekerja sebagai pengolah sinyal digital dan analog. Dengan fitur yang dimiliki oleh dsPIC30f4012 tersebut sangat baik digunakan sebagai pengolah sinyal kontrol analog menjadi digital pada PWM boost rectifier. Fitur seperti I/O, ADC 10bit danTimer Interruptdiatur sesuai denganregisteryang dibutuhkan.
Pada pemrograman dsPIC30f4012 dilakukan pendeklarasikan terlebih dahulu apa yang akan diproses nanti. ADCValue2 dan ADCValue3 didefinisikan sebagai sinyal referensi analog dari detektor fasa dan sinyal aktual dari sensor arus. Selanjutnya ERR adalah hasil selisih antara referensi dengan aktual, nilai
error yang kecil mendekati referensi membuat sistem tersebut berjalan sesuai
dengan referensi yang diinginkan. Selanjutnya menentukan dan menginisialisai port apa saja yang akan digunakan sebagai input dan outputnya. Port yang digunakan sebagai input adalah PORT RB0, RB1, RB2, RB3, RB4, dan RB5. Sedangkan port sebagaioutput-nya PORT RE0 dan RE1.
sensor arus yang masuk melalui port RB3 kemudian kedua sinyal tersebut diolah dengan membandingkan arus referensi dan arus aktual dari sensor arus. Hasil perbandingannya disimpan dengan nama ERR. Kemudian ERR memiliki nilai yang akan dibandingkan dengan batas atas dan bawah pada lebar pita hysterisis. Jika nilai ERR lebih dari sama dengan 20, maka PORT RE0 akan berlogika 1 dan RE1 berlogika 0. Sebaliknya nilai ERR kurang dari sama dengan 20, maka PORT RE0 akan berlogika 0 dan RE1 akan berlogika 1.
Start
Inisialisasi, PORT, Timer,
ADC
Error ≥ 20 Error ≤ 20
PORTE_0 ON
PORTE_1 ON
End
